高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 磁场第二节 安培力的应用课堂检测

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 磁场第二节 安培力的应用课堂检测，共21页。试卷主要包含了2安培力的应用 跟踪训练，0×106W，25s等内容，欢迎下载使用。
1．根据磁场对电流有安培力作用的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示：把待发炮弹（导体）放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，若电流方向与图中相同，则下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向应竖直向上
B．磁场方向应竖直向下
C．减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，安培力方向也会反向
2．电磁炮是一种利用电磁作用发射炮弹的先进武器，我国正在进行舰载电磁轨道炮试验，射程可达200公里，预计到2025年投入使用。某同学利用饼型强磁铁和导轨模拟电磁炮的发射原理，如图所示，相同的饼型强磁铁水平等间距放置，使导轨平面近似为匀强磁场。下列说法中不正确的是（ ）
A．放置强磁铁时，应保证磁铁的磁极同向
B．强磁铁磁性越强，导轨平面越接近匀强磁场
C．强磁铁间距越小，导轨平面越接近匀强磁场
D．若全部磁铁N极向上，导体棒所受安培力水平向右
3．如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（ ）
A．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转
B．电池的输出功率等于线框转动的机械功率
C．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系
D．线圈转动稳定时的电流比开始转动时的大
4．一个各边电阻相同、边长均为L的正六边形金属框abcdef放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框所在平面向外的匀强磁场中。若从a、b两端点通以如图所示方向的电流，电流大小为I，则关于金属框abcdef受到的安培力的判断正确的是（ ）
A．大小为BIL，方向垂直ab边向左
B．大小为BIL，方向垂直ab边向右
C．大小为2BIL，方向垂直ab边向左
D．大小为2BIL，方向垂直ab边向右
5．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量为m=4.0g的待发射弹体与水平轨道保持良好接触，并可在宽为d=4m，长L=50m的两平行轨道之间无摩擦滑动。电流I=20A从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道，用这种装置可以把弹体加速到5km/s。则下列有关轨道间匀强磁场的磁感应强度大小和磁场力的最大功率分别是（ ）
A．B=12.5T，Pm=5×106WB．B=12.5T，Pm=2.5×106W
C．B=25T，Pm=5×106WD．B=25T，Pm=2.5×106W
6．如图所示，在竖直光滑绝缘平面上，两条导线均与水平面平行放置，一条导线固定，另一条开始时在外力作用下静止，两条导线中通入大小相同的电流，撤去外力后，导线仍能保持静止，则（ ）
A．两导线中的电流方向一定相同
B．两导线中的电流方向一定相反
C．空间中一定不存在一圆形，其圆周上的磁感应强度大小相等
D．空间中一定存在磁感应强度为零的点
7．如图，等腰梯形线框是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为，且腰与下底成。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底受到的安培力为，则上底受到的安培力为（ ）
A．B．C．D．
8．如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个接电源负极的圆柱形电极，沿边缘放一个接电源正极的圆环形电极，两电极间的距离然后，用这个装置做“旋转液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度，电源的电动势为，内阻，限流电阻，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为，闭合开关S后，当液体旋转时电压表的示数恒为，则下列判断中正确的是（ ）
A．流过液体中的电流是
B．由上往下看，液体做顺时针旋转
C．玻璃皿中两电极间液体的发热功率为
D．流过液体中的电流所受安培力为
9．据外界报道，中国曾在内蒙古炮兵靶场对电磁大炮进行了首次试验：25kg的弹丸被发射到250km以外的预定区域，试验获得成功。导轨式电磁炮的原理结构示意图如图所示。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放炮弹。炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。内阻为r的可控电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过炮弹，再从另一导轨流回电源。炮弹被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在炮弹所在位置始终可以简化为磁感应强度为B的匀强磁场，方向竖直向上。已知两导轨内侧间距为L，炮弹的质量为m，炮弹在导轨间的电阻为R。若炮弹滑行s后获得的发射速度为v，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．a为电源正极
B．电磁炮所受安培力的大小F=
C．可控电源此时的电动势
D．这一过程中系统消耗的总能量是mv2+
10．如图所示是磁电式仪表中的辐向磁场。假设长方形线圈的匝数为n，垂直于纸面的边长为L1，平行于纸面的边长为L2，线圈垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。当通入电流I，线圈以角速度ω绕垂直纸面的中心轴OO′转动到水平位置时，下列判断正确的是（ ）
A．穿过线圈的磁通量为BL1L2
B．线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上
C．线圈左侧边所受的安培力大小为nBIL1
D．线圈左侧边转动的线速度v=
11．实验室经常使用的电流表是磁电式电流表，这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．磁电式电流表内部的蹄形磁体和铁芯间的磁场是匀强磁场
B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比
C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱
D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线圈的转动作用
12．如图所示是导轨式电磁炮的原理结构示意图，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放炮弹炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。内阻为r的可控电源提供的强大电流从根导轨流入，经过炮弹，再从另一导轨流回电源。炮弹被导轨中电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在炮弹所在位置始终可以简化为磁感应强度为B的匀强磁场。已知两导轨内侧间距为L，炮弹的质量为m，炮弹在导轨间的电阻为R，若炮弹滑行s后获得的发射速度为v。不计空气阻力，不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势，导轨电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．匀强磁场方向为竖直向上
B．电磁炮受到的安培力大小为
C．可控电源此时的电动势是
D．这一过程中系统消耗的总能量是
13．如果直流电动机转子线圈按如图所示方式连接，则闭合电键后（ ）
A．转子线圈能持续转动
B．应该使用换向器，转子线圈才会持续转动
C．电动机的线圈在左图位置时不会转动
D．电动机的线圈在右图位置时最终会停止转动
14．电磁炮是将电磁能转变成动能的装置。我国电磁炮曾在936坦克登陆舰上进行了海上测试，据称测试中弹丸以的出口速度，击中了外的目标。如图是“电磁炮”模型的原理结构示意图。光滑水平平行金属导轨、的间距，电阻不计，在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小。装有弹体的导体棒垂直放在导轨、上的最左端，且始终与导轨接触良好，导体棒（含弹体）的质量，在导轨、间部分的电阻，可控电源的内阻。在某次模拟发射时，可控电源为导体棒提供的电流恒为，不计空气阻力，导体棒由静止加速到后发射弹体。则（ ）
A．其他条件不变，若弹体质量变为原来的2倍，射出速度将变为原来的
B．其他条件不变，若水平金属导轨的长度变为原来的2倍，加速时间将变为原来的倍
C．其他条件不变，若磁感应强度大小变为原来的2倍，射出速度将变为原来的2倍
D．该过程系统产生的焦耳热为
15．在倾角θ=37°的光滑导体滑轨的上端接入一个电动势E=3V，内阻r=0.5Ω的电源，滑轨间距L=50cm，将一个质量m=40g，电阻R=1Ω的金属棒水平放置在滑轨上。若滑轨周围加一匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在滑轨上，如图所示。（已知sin37°=0.6、cs37°=0.8、g=10m/s2）则下列说法正确的是（ ）
A．磁感应强度有最小值0.24T，方向垂直斜面向下
B．磁感应强度有最大值0.4T，方向水平向右
C．磁感应强度有可能值0.3T，方向竖直向下
D．磁感应强度有可能值0.4T，方向水平向左
16．电磁轨道炮工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行光滑轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I0从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小B=kI0。通电的弹体在轨道上由于受到安培力的作用而高速射出。小明同学从网上购买了一个轨道炮模型，其轨道长度为L=50cm，平行轨道间距d=2cm，弹体的质量m=2g，导轨中的电流I0=10A，系数k=0.1T/A求
（1）弹体在轨道上运行的加速度a；
（2）弹体离开轨道过程中受到安培力的冲量I；
（3）现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，通过分析说明，理论上可采用的哪些办法？（至少说出两种方法）
17．电磁炮是利用磁场对电流的作用力把电能转化为机械能，使炮弹发射出去．如图所示，把两根长为s（s足够大）、互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为L、质量为M的金属架上，已知金属架与炮弹的运动过程中所受的总阻力与速度平方成正比，当有恒定的大电流I1通过轨道和金属架时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时的加速度为a，当有恒定的大电流I2通过轨道和金属架时，炮弹的最大速度为v2，则垂直于轨道平面的磁感应强度为多少？
18．为了提高潜艇的隐蔽性，就需要降低潜艇的噪音，而采用电磁推进器代替螺旋桨推进器是降低潜艇噪音的一个发展方向。图甲是某种电磁推进器式潜艇的示意图，其下方有两组推进器，每组由6个完全相同的、相互独立的直线通道推进器构成，每个直线通道推进器的内部结构如图乙所示，在直线通道内充满了电阻率为的海水，通道中abcd-efgh的长方体空间内存在由电阻不计的励磁线圈产生的匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于adhe平面向外，abcd和efgh是两块与周围其他材料绝缘的金属板，当两金属板与专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了沿e到a方向的恒定电流，设电流只存在于磁场区域。设海水原来是静止的，当两组推进器都开启，潜艇以的恒定速度前进时，海水在出口处的速度为，牵引力的功率为。不计专用直流电源的内阻及导线电阻，已知海水密度，，，。求：
（1）每个直线通道推进器两金属板间的电流大小；
（2）专用直流电源对12个推进器提供的总功率。（结果保留两位有效数字）
19．我国在建航母采用了电磁弹射技术。原理如图1，飞机钩在滑杆上，储能装置通过导轨和滑杆放电，产生强电流恒为4000A，导轨激发的磁场在两导轨间近似为匀强磁场，磁感强度B=10T，在磁场力和飞机发动机推力作用下，滑杆和飞机从静止开始向右加速，在导轨末端飞机与滑杆脱离。导轨长120m、间距为3m。飞机质量为2.0×104 kg，在导轨上运动时所受阻力恒为机重的0.1倍，假如刚开始时发动机已达额定功率，为4×106 W。飞机在导轨末端所受竖直升力与水平速度关系F=kV（k=4000kg/s）。如图2是在一次弹射过程中，记录的飞机在导轨各个位置上的速度。滑杆的质量忽略，g取10 m/s2。求：
（1）飞机在导轨上运动30m处的加速度大小。
（2）如果飞机在导轨末端刚好达到起飞条件，求飞机在导轨上运动的时间。
20．如图，在倾角为θ＝370的斜面上，固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝40g的金属棒与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B＝0.8T、垂直于斜面向上的匀强磁场中，金属棒的电阻R1＝1Ω（导轨电阻不计），金属导轨与金属棒之间的摩擦因数，取g＝10m/s2。要保持金属棒在导轨上静止，则：
（1）金属棒受到的摩擦力为零时，电路中的电流为多大；
（2）求滑动变阻器R接入电路中的阻值范围。
参考答案
1．A
【详解】
AB．根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，B错误，A正确；
C．根据安培力公式，即
可知，减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变小，C错误；
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，根据左手定则可知，安培力方向不变，D错误。
故选A。
2．B
【详解】
ABC．放置强磁铁时，应保证磁铁的磁极同向，并且强磁铁间距越小，导轨平面越接近匀强磁场，磁性的强弱与匀强磁场无关。AC正确，不符合题意，B错误，符合题意；
D．若全部磁铁N极向上，根据左手定则，导体棒所受安培力水平向右。D正确，不符合题意。
故选B。
3．A
【详解】
A．由乙图所示磁感线方向可知，线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，根据左手定则可以判断从上往下看，线框将做顺时针转动，故A正确；
B．电池输出的电动率一部分用来用于线框的发热功率，一部分提供线框转动的机械功率，所以电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率，故B错误；
C．线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系，故C错误；
D．稳定时，因导线切割磁感应线，产生的感应电动势与电源相反，则线框中电流比刚开始转动时的小，故D错误；
故选A。
4．A
【详解】
设通过ab支路的电流为I1，通过afedcb支路的电流为I2，其中afedcb支路在磁场中所受安培力的有效长度为a、b两端点间的长度L，所以金属框受到的安培力的合力大小为
F=BI1L+BI2L=BIL
根据左手定则可知安培力的方向垂直ab边向左，故A正确。
故选A。
5．A
【详解】
通电弹体在磁场中受安培力的作用而加速，由功能关系得
代入数值解得，当速度最大时磁场力的功率也最大，即
代入数值得。
故选A。
6．C
【详解】
AB．撤去外力后，导线仍静止，则导线在重力与安培力作用下平衡，若上方导线固定，则下方导线受到竖直向上的安培力作用，两导线中电流方向相同，若下方导线固定，则上方导线受到竖直向上的安培力作用，两导线中电流方向相反，AB错误；
CD．两通电直导线产生的磁场相叠加，空间中一定不存在一圆形，其圆周上的磁感应强度大小相等，由于两导线中电流方向不确定，则空间中不一定存在磁感应强度为零的点，C正确，D错误。
故选C。
7．A
【详解】
梯形上底和腰均为L且腰与下底成60°，由几何关系可知，梯形的下边dc长为2L；由电阻的决定式
可知梯形的边dabc的电阻等于下边dc的电阻的1.5倍，两者为并联关系，设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为；由已知条件可知ab边与dc的电流方向相同，由题意知
所以边ab所受安培力为
方向与dc边所受安培力的方向相同；
故选A。
8．D
【详解】
A．电源电动势为2V，则根据闭合电路的欧姆定律
可知
故A错误；
B．由图所示，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故B错误；
C．根据热功率的公式可得
故C错误；
D．液体所受的安培力大小为
故D正确；
故选D。
9．D
【详解】
A．若电源a、b分别为负极、正极，根据左手定则可知，炮弹受到的安培力方向向右，则炮弹可在磁场中向右做加速运动；若电源a、b分别为正极、负极，根据左手定则可知，炮弹受到的安培力方向向左，则炮弹可在磁场中向左做加速运动；由题图知炮弹在磁场中向右做加速运动，A错误；
B．根据动能定理有
Fs=mv2
所以
F=
B错误；
C．由匀加速运动公式可得
a=
由安培力公式和牛顿第二定律有
F=BIL=ma
根据闭合电路欧姆定律有
联立以上三式解得
C错误；
D．这一过程中的时间
t=
系统产生的内能
Q=I2（R+r）t
而
联立解得
炮弹的动能
Ek=mv2
由能量守恒定律得，这一过程中系统消耗的总能量
E=Q+Ek=mv2+
D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．线圈在水平位置时，穿过线圈的磁通量为零，选项A错误；
B．根据左手定则可知，线圈位于水平位置时，其左侧边所受的安培力方向竖直向下，选项B错误；
C．由于线圈匝数为n，根据安培力公式可知，线圈左侧边所受的安培力大小为F=nBIL1，选项C正确；
D．根据线速度与角速度的关系可知，线圈左侧边转动的线速度 ，选项D错误；
故选C。
11．CD
【详解】
A．磁电式电流表内部的蹄形磁体和铁芯间的磁感线不是平行等距，不是匀强磁场，选项A错误；
B．电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行。因此磁力矩与线圈中电流成正比（与线圈位置无关）。当通电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故B错误；
C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，但只能测出很弱的电流，故C正确；
D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用，故D正确。
故选CD。
12．ACD
【详解】
A．由图中的发射方向可知，安培力方向应水平向右，根据左手定则，磁场方向为竖直向上，所以选项A正确；
B．根据动能定理
所以
所以选项B错误；
C．由匀加速运动公式
由安培力公式和牛顿第二定律，有
根据闭合电路欧姆定律
联立以上三式解得
所以选项C正确；
D．因这一过程中的时间为
所以系统产生的内能为
因
联立解得
炮弹的动能为
由能的转化与守恒定律得这一过程中系统消耗的总能量为
所以D正确；
故选ACD。
13．BD
【详解】
ABD．直流电动机转子线圈想要持续转动，必须使用换向器，否则最终将停止在右图所示位置。A错误，B正确，D正确；
C．电动机的线圈在左图位置时，ab边受到向上的安培力，cd边受到向下的安培力，所以将会顺时针转动，C错误。
故选BD。
14．BD
【详解】
A．导体棒受到的安培力
由牛顿第二定律有
由运动学公式有
其他条件不变，若弹体质量变为原来的2倍，射出速度将减小，但无法确定具体变为多少，原因是导体棒加弹体的质量不是原来的2倍，故A错误；
B．依据
其他条件不变，若水平金属导轨的长度变为原来的2倍，导体棒加速时间将变为原来的倍，故B正确；
C．导体棒受到的安培力，由动能定理可得，安培力做的功
变为原来的2倍，弹体的射出速度将变为原来的倍，故C错误；
D．导体棒做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得
由速度公式得
代入相关数据解得该过程需要的时间，该过程中产生的焦耳热
解得，故D正确。
故选BD。
15．AC
【详解】
A．由闭合电路欧姆定律可得
对金属棒受力分析可知，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，此时
当安培力最小，且磁感应强度方向与电流方向相互垂直时，磁感应强度最小为
由左手定则判断可知，磁感应强度的方向为垂直斜面向下，故A正确；
B．当磁感应强度方向水平向右，安培力竖直向上，当
金属棒刚好静止在滑轨上，可得
但此时磁感应强度并不是最大值，故B错误；
C．当磁感应强度方向竖直向下，金属棒受到安培力方向水平向右，金属棒平衡可得
解得
故C正确；
D．当磁感应强度方向水平向左，安培力竖直向下，不可能平衡，故D错误；
故选AC。
16．（1）；（2）I=0.02N∙s；（3）见解析
【详解】
（1）磁感应强度
所受安培力
d

可得

（2）由动能定理可知

弹体受到的冲量

可得
I=0.02N∙s
（3）由以上表达式可知
可知：欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，可采用的方法有：轨道中的电流变为原来的2倍；弹体质量变为原来的；轨道间距变为原来的4倍；轨道长度变为原来的4倍。
17．
【详解】
速度为v1和v2时金属架与炮弹受到的阻力分别为
Ff1＝kv12
Ff2＝kv22
电流I1通过轨道和金属架时，应用牛顿第二定律有
BI1L－Ff1＝（M＋m）a
炮弹速度为v2时，有
BI2L－Ff2＝0
联立解得
B＝
18．（1）1.0×103A；（2）6.4×106W
【详解】
（1）牵引力的功率
P=Fv0
F=12BIlae
解得
I=1.0×103A
（2）一个长方体内部海水的电阻
海水的发热功率
P1=12I2R=6.0×106W
单位时间内通过一个推进器的海水的质量
m=ρmlablaev
单位时间内海水动能的增加量
专用直流电源提供的总功率
P总=P+P1+P2=6.4×106W
19．（1）；（2）3.25s
【详解】
（1）分析飞机在30m处水平方向的受力有：发动机的推力
①
磁场的安培力
②
阻力
③
④
联立①② ③④得：
（2）飞机在导轨末端刚好达到起飞条件：
⑤
由全过程的功能关系得：
⑥
联立⑤⑥得：
20．（1）1.2A（2）4Ω≤R≤28Ω
【详解】
（1）当金属棒受到的摩擦力为零时，金属棒的受力为
mgsinθ=BI1L
解得
I1=1.2A
（2）当滑动摩擦力沿斜面向下时，金属棒的受力为
mgsinθ+µmgcsθ=BI2L
此时，最小电阻为
解得
Rmin=4Ω
当滑动摩擦力沿斜面向上时，金属棒的受力为
Mgsinθ-µmgcsθ=BI3L
此时，最大电阻为
解得
Rmax=28Ω
则，电阻的范围为
4Ω≤R≤28Ω